1、伸臂式焊接變位機設計-總體設計和旋轉減速器設計摘要焊接變位機運動系統的設計是焊接變位機方案設計的核心內容，而焊接變位機運動自由度的確定是其前提條件。焊接變位機的關鍵是對變位機進行最佳位置焊接所需要的運動自由度的設計，如平動或轉動的設計。伸臂式焊接變位機是將工件回轉，翻轉，以便使工件上的焊縫置于水平和船形位置的機械裝置。伸臂式焊接變位機是應用最廣泛的一種焊接變位機，載重量一般不超過1噸。伸臂式焊接變位機的主體部分是翻轉機構、回轉機構、底座。本設計主要論述了焊接變位機械的組成，工作原理，重點講述了其中的旋轉減速機構的設計，旋轉減速機構通過電機驅動，經過帶傳動，二級蝸桿蝸輪減速器的傳動，起到減速和工

2、作臺的旋轉運動的效果。包括了電機的選擇，鍵的選擇，軸承的選擇等，還有帶輪傳動的計算，蝸輪蝸桿傳動的計算，蝸桿軸的校核，軸承的校核等一系列設計計算。焊接變位機有利于實現最佳位置的焊接過程、提高工作效率、降低疲勞強度并達到良好的焊縫成型。關鍵詞：焊接變位機械；帶傳動；蝸輪蝸桿傳動；減速器AbstractThe design of the moving system of the welding positioner is the core content of the scheme design,but the system depends on the moving freedoms certa

3、inty.The key part of the design of the welding positioner is the design of the moving freedom, according to the best welding position.The main parts of the welding positioner include overturning machinery, circumgyrating machinery and the base.The arm-extending welding posioner is used most widely ,

4、the load is less than one ton.The arm-extending welding positioner is the machine which makes the workpiece circumgyrate and overturn to make the welding line on the workpiece park the level direction and cymbate position. The welding positioners makeup and operating principle make up of the paper ,

5、which disserates the design of the turning gear of the machine .The belt driving and two stage worm wheel retarder make the turning gear realize the mans anticipating speed.The use of the techogenerator which will feed back the instant speed to the generator and then the controller will adjust the s

6、peed makes sure of the high welding line quality.Welding positioner is in favor of the welding process to achieve the best possible position,improving efficiency,reducing the fatigue strength,and forming a good weld. Key words:welding posioner,belt drive,worm drive,reducer目錄摘要IABSTRACTII目錄III前言1第1章

7、緒論21.1課題研究現狀及意義21.2焊接變位機械概述21.3 論文主要研究內容4第2章 帶傳動的設計62.1.電動機的選擇62.2.帶傳動的設計計算6第3章 旋轉減速器設計103.1傳動比的分配103.2二級蝸桿傳動設計103.3蝸桿軸的設計計算及校核183.4軸承的選擇及校核233.5鍵的選擇及校核28第4章 焊接變位機的總體設計314.1 伸臂梁的設計計算：314.2底座和箱體的簡單設計32結論33參考文獻34致謝35附件136附件246前言隨著現代工業的發展和焊接技術的不斷進步，焊接作為一種金屬連接的工藝方法。在金屬結構生產中已基本取代了鉚接連接工藝。許多傳統的鑄鍛制品也有焊接制品或鑄

8、-焊，鍛-焊制品所代替。焊接結構廣泛用于是由于化工工業重型與礦山機械，起重與運輸設備，汽車與船舶制造，航空航天技術，建筑結構與國防工業等領域中。許多產品，例如大型的超高壓容器，除采用焊接工藝外，難以設想有更好的方法。在先進的工業國中，焊接產品的用鋼量已達到總用鋼量的43%以上，為了制造如此龐大的焊接結構產品，需建立大量專門制造焊接結構的工廠，而其中焊接變位機則是滿足其焊接工藝的重要基礎。本次論文主要介紹0.5t 伸臂式旋轉焊接變位機的總體設計及其裝配，重點介紹其中的回轉機構的設計及其組裝，由于作者水平有限，時間倉促，錯誤再所難免，還請讀者朋友們批評指正。 第1章 緒論1.1課題研究現狀及意義國

9、外大型結構件的焊接一般應用機械手，從國內目前的工藝現狀及設備投入情況，完全用焊接機器人代替手工焊接作業條件還不成熟。但是如果沒有焊接變位機，對于復雜結構件內的一些立焊縫、仰焊縫等單純靠人工調整至容易焊接的平焊或船焊位置是不可能的。工人無法按焊接工藝執行，焊接質量也無法保證。再者，工程機械大部分結構件很不規則，如裝載機的前車架、挖掘機的大臂等類工件，焊縫復雜，外形大且重量較重，靠行車或其它吊裝設備人工翻轉，不僅頻繁占用吊裝設備，焊接效率低，而且現場操作不規范，存在一定的安全隱患。因此，近年來人工焊接變位機得到國內工程機械行業的廣泛共識，都在加大這方面的投入。 本次論文處于對大學四年所學的知識進行

10、的一次綜合性的梳理及應用，對學生的綜合能力進行的一次較為實質性的鍛煉。1.2焊接變位機械概述隨著焊接產品在國防工業，船舶運輸，機械化工中的廣泛使用，對焊接產品的質量要求也越來越高，傳統的手工定位已不能夠滿足其精度要求，焊接變位機械便應運產生使用，近幾年并隨著控制理論的成熟發展，將其運用到其機械當中，發揮了越來越大的作用。 焊接變位機械的結構及使用特點通常焊接變位機械可分為變位機、翻轉機、滾輪架、升降機等四大類：一、變位機是通過工作臺的旋轉和翻轉運動，使工件所有焊縫處于最理想的位置進行焊接，使焊縫質量的提高有了可靠的保證，它是焊接各種軸類、盤類、筒體等回轉體零件的理想設備，同時也可用來焊接機架、

11、機座、機殼等非長形工件。選用變位機時應注意以下幾點：（1）應根據工件的質量、固定在工作臺上的工件重心至臺面的重心高度、重心偏心距來選用適當噸位的變位機。（2）要在變位機上焊接圓形焊縫時，應根據工件直徑與焊接速度計算出工作臺的回轉速度；如變位機僅用于工件的變位，工作臺的回轉速度及傾翻速度應根據工件的幾何尺寸及重量選擇，對大型、重型工件速度應慢些。（3）工作臺的傾翻速度一般是不能調節的，如在傾翻時要進行焊接工作，應對變位機提出特殊要求。（4）工作臺應有聯接焊接地線的位置，且不受工作臺回轉的影響。不允許將焊接地線接在變位機機架上，從而使焊接電流通過軸承的轉動零件。（5）批量生產定型工件時，可選用具有

12、程序控制性能的變位機。（6）變位機只能使工件回轉、翻動，要使焊接過程自動化、機械化，還應考慮用相應的焊接操作機械。二、翻轉機是將工件繞水平軸翻轉，使之處于有利施焊位置的機械，適用于梁、柱、框架、橢圓容器等長形工件的裝配焊接。焊接翻轉機種類繁多，常見的有頭架式、頭尾架式、框架式、轉環式、鏈條式及油壓千斤頂式。（1）頭尾架式翻轉機 這種翻轉機由主動的頭架及從動的尾架組成，它們之間的距離可根據所支撐的工件長度調節。當工作較重時應考慮將頭尾架固定在基礎上，防止傾倒。頭尾架式翻轉機的缺點是工件由兩端支承，翻轉時頭架端要施加扭轉力，因而不適用于剛性小，易撓曲的工件；另外，當設備安裝不當，頭尾架的兩根樞軸不

13、在同一軸線上時，工件會受到過大的扭轉力矩使翻轉困難，甚至造成工件扭壞或樞軸因發生超負荷而扭斷。對于短工件可以不考慮兩端支撐，可僅將工件固定在頭架上進行反轉，而不用尾架。（2）框架式翻轉機 用一根橫梁連接在頭尾架的樞軸上或工作臺上，可構成框架式翻轉機。工作時工件固定在橫梁上有橫梁帶動工件一起翻轉。為減小驅動力矩，應使橫梁工件合成的縱向重心線盡可能與樞軸的軸線相重合。（3）轉環式翻轉機 這類翻轉機使用于長度和重量均較大，截面又多變化的工件翻轉。（4）液壓千斤頂式翻轉機 液壓千斤頂式翻轉機結構簡單，載重量大，通常用于將工件作的翻轉。三、滾輪架是借助焊件與主動滾輪間的摩擦力帶動圓筒形焊件旋轉的機械裝置

14、。主要應用于回轉體工件的裝配與焊接，其載重可從幾十千克到千噸以上。按其結構形式可分為三大類： 1、自調式滾輪架 2、長軸式焊接滾輪架。 3、組合式焊接滾輪架。四、升降機是用來將工人及裝備升降到所需的高度的裝置，主要用于高大焊件的手工焊和半自動焊及裝配作業。其主要結構形式有： 1、管結構肘臂式。 2、管筒肘臂式。 3、板結構肘臂式。 4、立柱式。 焊接變位機械的工作原理焊接變位機械主要為焊接工藝提供合適的工作焊點，其具體的實現過程是：回轉機構由電動機拖動，電動機輸出一定的轉速，經過帶輪一次減速后，然后經過二級蝸輪蝸桿減速器兩次減速，最后由回轉主軸，經過工作臺輸出焊件所需要的焊接速度，以期達到所需

15、要的焊縫要求；傾斜機構主要實現工件在空間上的傾斜，本次論文所要研究的是傾斜機構空間四十五度范圍內的傾斜，其具體的實現過程：整個傾斜機構由電動機拖動，電動機輸出一定的轉速，經過帶輪一次減速后，然后經過二級蝸輪蝸桿減速器兩次減速，最后其輸出軸與錐角四十五度的伸臂梁相連接，伸臂梁與回轉機構相連從而實現工作臺在空間上的四十五度傾斜。底座在整個機械工作過程中起到抗振，平衡的作用。1.3 論文主要研究內容本次論文從整體上對焊接變位機械進行設計，它包括焊接機械當中的傾斜機構，回轉機構，以及底座的總體設計，同時對機械當中的旋轉減速機構進行了詳細的設計描述：包括電動機的選擇，二級蝸輪蝸桿減速器的設計，帶輪及其傳

16、動帶的設計計算，箱體的設計等。第2章 帶傳動的設計2.1.電動機的選擇根據設計需要，選擇三相電動機Y8014，其相關數據如下：額定轉速額定功率2.2.帶傳動的設計計算 此處省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設計圖紙等.請聯系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業設計下載！該論文已經通過答辯 驗算帶速根據資料1式8-13計算帶的速度 （2-3）帶速不宜過高或過低， （2-4）故帶速合適。 計算大帶輪的基準直徑由可得 （2-5）其中為大小帶輪之間的傳動比。故取帶輪直徑。（4）確定中心距，并選擇帶的基準長度 結合資料1式,初定中心距。 計算相應的帶長 （2-6）帶的基準長度，根

17、據由資料1表8-2選取，可得。 計算中心距及其變動范圍:傳動的實際中心距近似為 （2-7）考慮到帶輪的制造誤差,帶長誤差，帶的彈性以及因帶的松弛而產生的補充張緊的需要，常給出中心距的變動范圍。（5）驗算小帶輪上的包角 （2-8）故滿足小帶輪的包角條件。（6）確定帶的根數Z.帶的根數 （2-9）式中：當包角不等于180度時的修正系數，參見資料1表8-2；當帶長不等于試驗所規定的特定帶長時的修正系數參見資料1表8-2。 （7）計算單根V帶的初拉力的最小值()由資料1表8-3得Z型帶的單位長度質量，所以 （2-10）應使帶的實際初拉力。（8）計算壓軸力壓軸力的最小值為 （2-11）（9）帶輪選材大帶

18、輪的材料為，小帶輪的材料為Q235-A。基準直徑，由于安裝帶輪的軸徑為20mm。故帶輪可采用腹板式（圖2-1）。圖2-1 腹板式帶輪第3章 旋轉減速器設計3.1傳動比的分配由電動機經帶輪傳動后，輸出功率為0.55Kw，輸出速度，故總傳動比，初分高低速級傳動比分配為，確定高速級傳動比，低速級傳動比。3.2二級蝸桿傳動設計高速級蝸桿傳動設計電動機輸入功率為，電機轉速，傳動比為，輸出轉速設使用壽命為四年每年工作300d，每天工作8h，JC=40%。（1）選擇傳動的類型，精度等級和材料考慮到傳遞的功率不大，轉速較低，選用ZA蝸桿傳動，精度8CGB100891988，其示意圖見圖3-1。圖3-1 高速級

19、蝸桿傳動示意圖蝸桿用35CrMo，表面淬火，硬度為4550HRC；表面粗糙度1.6。蝸輪選用20Cr。（2）選用蝸桿蝸輪的齒數傳動比參考資料2表16.5-5，取，（3）確定許用應力 （3-1）由資料2表16.5-14查得=220N/，按圖16.5-2查得，由圖16.5-3，采用浸油潤滑，得。輪齒應力循環次數 （3-2）查資料2圖16.5-4得，。 （3-3） （3-4）（4）接觸強度設計 （3-5）式中：載荷系數K=1.2。蝸輪軸的轉矩 （3-6）（式中暫取）。代入上式=945 （3-7）查資料2表16.5-4，接近于=945的是1000，相應m=5mm，=50mm。查表16.5-6，按i=3

20、0，m=5mm，=50mm，其a=100mm，蝸輪分度圓直徑，導程角。（5）求蝸輪的圓周速度，并校核效率實際傳動比蝸輪的圓周速度 （3-8）滑動速度 （3-9）求傳動的效率，按式中：由資料2表16.5-16查得；取。則 （3-10）與暫取值0.75接近。（6）校核蝸輪齒面的接觸強度按資料2表16.5-10，齒面接觸強度驗算公式為 （3-11）式中：查資料2表16.5-11得=155；按表16.5-12取=0.9（間歇工作）；取=1.1；取=1.1。蝸輪傳遞的實際轉矩 （3-12）當時，查資料2圖16.5-4得。 （3-13）將上述諸值，代入公式（3-14）（7）蝸輪齒根彎曲強度校核按資料2表1

21、6.5-10，齒根彎曲強度驗算公式 （3-15）式中：按及，查圖16.5-18得=3.34將上述諸值，代入公式 （3-16）（8）選取蝸桿傳動的潤滑方法根據蝸輪蝸桿的相對滑動速度，載荷類型為重型載荷，故可采用油池潤滑。（9）高速級蝸桿蝸輪傳動熱平衡計算校核及其選用冷卻裝置 （3-17）式中:周圍空氣的溫度，常溫情況下可取20C；蝸桿蝸輪的傳動效率,；箱體的表面傳熱系數，可取=(8.1517.45)，當周圍空氣流動良好時可取偏大值。這里取；輸入功率，。由于,其中80為臨界溫度，故在通風良好的情況下，不需要加散熱裝置。（10）幾何尺寸計算已知：a=100mm，。取=50mm。低速級蝸桿傳動設計經高

22、速級傳動后輸入功率為，輸入軸轉速，輸出轉速設使用壽命為四年每年工作300d，每天工作8h，JC=40%。（1）選擇傳動的類型，精度等級和材料考慮到傳遞的功率不大，轉速較低，選用ZA蝸桿傳動，精度8 c GB100891988，其示意圖見圖3-2。圖3-2 低速級蝸桿傳動示意圖蝸桿用35CrMo，表面淬火，硬度為4550HRC；表面粗糙度1.6。蝸輪選用HT200鑄造。（2）選用蝸桿蝸輪的齒數傳動比參考資料2表16.5-5，取，。（3）確定許用應力 （3-18）由資料2表16.5-14查得=220N/，。按圖16.5-2查得，由圖16.5-3知，采用浸油潤滑，得。輪齒應力循環次數 （3-19）查

23、資料2圖16.5-4得， （3-20） （3-21）（4）接觸強度設計 （3-22）式中：載荷系數K=1.2。蝸輪軸的轉矩 （3-23）（式中暫取）。代入上式=8662 （3-24）查資料2表16.5-4，接近于=8662的是9000，相應m=10mm，=90mm。查表16.5-6，按i=31，m=10mm，=90mm，其a=200mm，蝸輪分度圓直徑，導程角。（5）求蝸輪的圓周速度，并校核效率蝸輪的圓周速度 （3-25）滑動速度 （3-26）求傳動的效率，按式中：由表16.5-16查得；取。則 （3-27）（6）校核蝸輪齒面的接觸強度按資料2表16.5-10，齒面接觸強度驗算公式為 （3-2

24、8）式中：查資料2表16.5-11得=155；按資料2表16.5-12取=0.9（間歇工作）；取=1.1；取=1.1。蝸輪傳遞的實際轉矩 （3-29）當時，查資料2圖16.5-4得。 （3-30）將上述諸值，代入公式 （3-31）（7）蝸輪齒根彎曲強度校核按資料2表16.5-10，齒根彎曲強度驗算公式 （3-32）式中：按及，查圖16.5-18得=2.54。將上述諸值，代入公式 （3-33）（8）選取蝸桿傳動的潤滑方法根據蝸輪蝸桿的相對滑動速度，載荷類型為重型載荷，故可采用油池潤滑。（9）高速級蝸桿蝸輪傳動熱平衡計算校核及其選用冷卻裝置 （3-34）式中:周圍空氣的溫度，常溫情況下可取20C；

25、蝸桿蝸輪的傳動效率,；箱體的表面傳熱系數，可取:，當周圍空氣流動良好時可取偏大值。這里取；輸入功率，；由于,其中80為臨界溫度，故在通風良好的情況下，不需要加散熱裝置。（10）幾何尺寸計算已知：a=200mm，。取=100mm。3.3蝸桿軸的設計計算及校核（1）利用已知條件求蝸桿上的功率，轉速n和轉矩T（2）初步估算直徑選擇軸的材料為45鋼，經調質處理，由資料2表19.1-1查得材料力學性能數據為：根據表19.3-1公式初步計算軸徑，由于材料為45鋼，由資料2表19.3-2，選取A=115，則得 （3-35）因最小直徑顯然是帶輪的內徑，所選的軸徑與帶輪的內徑相適應，故最小軸徑為20mm。（3）

26、軸的結構設計及校核1）擬定裝配方案見圖3-3圖3-3 軸裝配尺寸方案圖2）根據軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度 為了滿足帶輪的軸向定位要求軸段f處有一定位軸肩，故軸g-f的直徑為20mm，軸長為40mm。 初步確定滾動軸承，因此軸為蝸桿軸，應考慮軸向力，從而選用能承受軸向力的單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據，確定選用32006型軸承，其尺寸為，所以軸e-f直徑為30mm，而長度為50mm。 因軸段c-d為蝸桿輪齒部分，其分度圓直徑為50mm，全齒寬為50mm，考慮與其配合的蝸輪外圓直徑為170mm，取軸b-e的軸徑為36mm，長度為210mm。 軸a-b長度為軸承寬度，故軸長度為17

27、mm，軸徑為30mm。3）軸向零件的周向定位帶輪與軸的周向定位均采用平鍵連接，按查資料3可得平鍵截面尺寸，鍵長30mm，采用公差配合為H7/k6，滾動軸承與軸的軸向定位是借過渡配合來保證的，此處軸的直徑公差為m6。4）確定軸上倒角軸上倒角為。5）求軸上的載荷 做出軸的簡圖，在確定軸的支點位置時，應從資料2中查取軸承壓力中心偏離值，因此，作為簡支梁的支撐跨距為317mm。 軸傳遞的轉矩 （3-36）蝸桿所受的圓周力 （3-37）蝸桿所受的徑向力（3-38）蝸桿所受的軸向力 （3-39）帶輪的切向力 （3-40）式中：Z為V帶的根數；為單根V帶的初拉力最小值；為帶輪上的包角。 求支反力1）在水平平

28、面的支反力，由由得2）在垂直平面內的支反力， （3-41）6）作彎矩圖和扭矩圖 在水平平面的彎矩圖 在垂直平面內的彎矩圖 合成彎矩計算： （3-42） （3-43）作彎扭矩圖見圖3-4圖3-4 彎扭矩圖7）軸的強度校核確定危險截面截面e處彎矩最大，屬危險截面，現對e截面進行強度校核。 按彎扭合成應力校核軸的強度取，軸的計算應力 （3-44）又因軸的材料為45鋼，調質處理，查手冊得軸的強度符合要求。3.4軸承的選擇及校核對低速級蝸桿軸軸承進行選擇校核由資料2選單列圓錐滾子軸承的型號33110可知：基本額定動載荷為；基本額定靜載荷為；內徑為；外徑為；計算系數為。將受力其簡化為力學模型見下圖3-5。

29、（1）根據靜力學公式可求得軸承處的水平及豎直方向得力：其中:圖3-5 軸承受力力學模型B,E處所受總的力大小為： （3-45） （3-46）（2）求兩軸承的計算軸向力：由派生的軸向力 （3-47） （3-48）軸向受力分析如下圖3-6：圖3-6 軸承軸向受力圖可見B軸承壓緊，E軸承放松。兩軸承軸向力分別是：（3）求軸承的當量動載荷 （3-49） （3-50）由資料1表13-15分別查表和插值計算得徑向載荷系數或軸承載荷系數。對于軸承B：；對于軸承E：。由資料1表13-6，取。 （3-51） （3-52）按照軸承B的受力大小及壽命進行校核： （3-53）可知滿足其壽命要求。 對高速級軸軸承進行校

30、核根據資料2選單列圓錐滾子軸承的型號32006可知：基本額定動載荷為；基本額定靜載荷為；內徑為；外徑為；計算系數為。將受力其簡化為力學模型見圖3-7。圖3-7 軸承受力力學模型（1）根據靜力學公式可求得軸承處的水平及豎直方向的力其中：A，B 處所受總的力大小為：（2）求兩軸承的計算軸向力由派生的軸向力軸向受力分析如下圖3-8。圖3-8 軸承軸向受力圖可見A軸承壓緊，B軸承放松。兩軸承軸向力分別是：（3）求軸承的當量動載荷 （3-54） （3-55）由資料1表13-15分別查表和插值計算得徑向載荷系數或軸承載荷系數。對于軸承B：；對于軸承A：。由資料1表13-6，取。 （3-56） （3-57）

31、按照軸承A的受力大小及壽命進行校核： （3-58）可知滿足其壽命要求。3.5鍵的選擇及校核大帶輪處的鍵選擇及校核根據資料3由帶輪處的直徑選擇鍵，其型號GB1096 -79(90)，相關尺寸：分別校核鍵的擠壓強度和剪切強度（1）擠壓強度根據公式： （3-59）式中：輸入轉矩；軸直徑，；鍵與輪轂的接觸高度，；鍵的工作長度，。故其擠壓強度滿足強度要求。（2）剪切強度根據公式： （3-60）式中：軸直徑,；鍵的工作長度；輸入扭矩；鍵的寬度，。故其擠壓強度滿足強度要求。低速級渦輪軸上的鍵選擇及校核根據資料3由軸徑選擇鍵，其型號為GB1096 -79(90) ，其相關尺寸：分別校核鍵的擠壓強度和剪切強度（

32、1）擠壓強度根據公式： （3-61）式中：輸入轉矩；軸直徑,；鍵與輪轂的接觸高度，；鍵的工作長度，。 （3-62）故其擠壓強度滿足強度要求。（2）校核其剪切強度根據公式： （3-63）式中：軸直徑,；鍵的工作長度；輸入轉矩；鍵的寬度，。故其擠壓強度滿足強度要求。第4章 焊接變位機的總體設計4.1 伸臂梁的設計計算整個回轉機構的重量，載重，機身重，則：。由工作情況可知，臂梁所承受的最大彎矩發生在當回轉機構處于水平位置時，整個臂梁可視作懸臂梁，其力學模型簡化如下圖4-1：圖4-1 伸臂梁力學模型則計算其相關力有：， （4-1） （4-2） （4-3） （4-4） （4-5） （4-6）當時，這里取

33、。4.2底座和箱體的簡單設計底座和箱體等零件工作能力的主要指標是剛度，其次是強度和抗振性能；當同時用作滑道時，滑道部分還應具有足夠的耐磨性。此外，對具體的機械，還應滿足特殊的要求，并力求具有良好的工藝性。底座和箱體的結構尺寸和大小，決定于安裝在它的內部或外部的零件和部件的形狀和尺寸及其相互配置，受力與運動情況等。設計時應使所裝的零件和部件便于裝拆與操作。底座和箱體的一些結構和尺寸，如壁厚，凸緣寬度，肋板厚度等，對機座和箱體的工作能力，材料消耗，質量和成本，均有重大的影響。但是由于這些部位的形狀不規則和應力的分布復雜性，基本上按照經驗公式，經驗數據，或比照現用的類似機件進行設計，而略去強度和剛度

34、等的分析與校核。此次論文設計采用的機座和箱體的設計采用經驗公式和比照的方法進行設計。結論本論文全面介紹了伸臂式焊接變位機械的綜合設計，包括回轉機構，傾斜機構及底座等幾部分的設計計算，其中回轉機構和傾斜機構的減速器均采用二級蝸輪蝸桿減速器，從而得到了較低而又平穩的工作轉速，在回轉機構中測速發電機的使用將其工作臺的速度及時反饋到電動機的控制裝置，進而調節電動機的轉速以適應工作臺的速度，將其穩定在某個范圍內，保證其焊縫質量。參考文獻1 濮良貴,紀名剛. 機械設計(第八版)M.北京:高等教育出版社,2006.2 機械設計手冊(新版3)M.北京:機械工業出版社,2004.3 朱龍根. 簡明機械零件設計手

35、冊M.北京:機械工業出版社,1997.4 周壽森. 焊接機構生產及裝備M.北京:機械工業出版社,1999.5 中國機械工程學會,焊接學會. 焊接手冊M.北京:機械工業出版社,1992.6 焦馥杰. 焊接結構分析基礎M.上海:上海科學技術文獻出版社,1991.7 曾樂. 焊接工程學M.北京:新時代出版社,1986.8 沈世瑤. 焊接方法及設備M.北京:機械工業出版社,1982.9 上海船舶工業設計研究院,機械工業部第五設計研究院,北京船舶工程第五設計研究所. 焊接設備選用手冊M.北京:機械工業出版社,1984.10 美國焊接學會,韓鴻碩,張桂清. 焊接新技術M.北京:宇航出版社,1981.11

36、薛迪目. 焊接概論M.北京:機械工業出版社,1987.12 機械設計手冊(第二版)M.北京:機械工業出版社,2004.13 劉鴻文. 材料力學M.北京:高等教育出版社,2006.14 張海根. 機電傳動控制M.北京:高等教育出版社,2001.15 陳于萍,周兆元. 互換性與測量技術基礎M.北京:機械工業出版社,2007.16 李慶芬,朱世范,陳其廉. 機電工程專業英語M.哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社,2007.17 Dimarogonas,A.D. Machine DesignM.John Wiley & Sons,2000.18 Cross,N. Engineering Design Met

37、hodsM.John Wiley & Sons,2000.致謝本次論文是在終結大學四年學習的情況下進行的，力求對大學之所學能夠來一次集中鞏固及其創新利用。它涵蓋面很廣，涉及了機械的所有內容，是培養高級工程技術人才的一次綜合訓練。經過論文的選材，開題，構思，設計等一系列的訓練，相信自己對設計有了進一步的認識，在計算能力，英文文獻閱讀翻譯，查找相關信息等多種能力得到了一次深刻的鍛煉，在整個過程中，可以說完成了工程師基本訓練和逐步具有從事科學研究的工作能力，受益匪淺，相信對以后的學習工作會有很大幫助。論文是在劉琨明老師及其院里老師的悉心幫助，指導下完成的，在此給予衷心的感謝！附件1外文資料翻譯外文資

38、料翻譯1關于焊接遙控操作遙控機器人系統的多模態人機交互界面李海超，高洪明，吳林，張廣軍摘要在焊接遙控操作遙控機器人系統中，人機界面是提高生產力和生產效率的一個最重要的因素，該論文提出了關于焊接遙控操作系統人機界面的設計：焊接多模態人機界面。人機界面綜合幾個共同控制的控制模式，電教、遠程監控和地方自主控制。空間鼠標，全景攝像頭和圖形仿真系統還融入了焊接遙控操作的人機界面最后，焊縫跟蹤和焊接實驗的馬蹄形焊縫都是由這些模式分別控制，結果表明，該系統在人機交互和復雜環境的焊接時具有更好的性能。關鍵詞：多模態界面，控制模式，遙控機器人系統，焊接遙控操作0 緒論遠程遙控焊接吸引了很多關注的核電廠，水下工程

39、施工焊接遙控系統由人類操作員(HO)，人機交互界面(HMI)，焊接遙控操作機器人系統和通信連接裝置。一般來說，HMI對HO來說是整個系統的一個界面。目前，遙控機器人的HMI有以下問題：信息反饋的系統狀態是不夠的； HO的信息無法正確預計到偏遠焊接環境；高級別接口如虛擬的不能提高系統效率多模態界面利用HO采用多通道并行互動，這是基于視覺再現，聲音識別, 手動命令輸入，視覺反饋和圖形仿真技術，制圖仿真技術。 Zaatri 提出的概念，多式聯運執行者界面，早期的遙控焊接研究在遠端環境信息反饋上停留在宏觀的二維視覺反饋上。如加拿大Douglus Point核電站的核反應堆泄漏事故中進行的修補工作。此工

40、程中使用雙機械臂遠程遙控焊接修補泄漏處，負責任務執行的機械臂一個裝載焊槍，另一個載有7臺攝像機從不同的視角進行監控_2 J。宏觀視頻監控只能反饋二維視覺信息，操作者不能獲得深度信息，由于有多個視頻監控系統，操作者在操作遠端的機器人時，易“迷失自我”，不易掌握攝像機、焊槍、工件三者之間的位姿關系，不易控制焊槍的移動軌跡和姿態調整，增大了操作難度，易與環境發生碰撞。一般來說，在機器人遙操作領域發展了視覺臨場感技術，其核心是立體視覺顯示技術，通過兩幅不同角度的圖像進行交替顯示的方法來獲得遠端環境的深度感覺，立體視覺顯示技術在焊縫跟蹤中具有重要作用。焊接操作中，操作者的注意力集中在電弧周圍的一個小區域

41、中，視覺空間沿著焊接方向隨著焊槍一起移動，立體視覺在此過程中提供給操作者具有深度感的信息，操作者可以隨時調整焊槍的運動姿態與跟蹤焊縫的橫向偏差，保持一定適當速度導引焊槍跟蹤焊縫，控制過程更加直觀有效，防止工具與環境發生碰撞。焊接機器人遙操作系統要求具有較高的軌跡跟蹤精度和焊接過程中的平穩性。在開發焊接機器人遙操作系統時，合理的控制方法和控制策略能夠提高操作的靈活性。本文在焊接機器人柔性加工單元的基礎上進行深層次改造，采用我們自行開發的基于頁面交換模式的桌面式立體視覺系統對遠端的焊接環境進行顯示，空間鼠標作為手控器直接對遠端的焊接機器人進行控制，提高了手動跟蹤焊縫的精度，對于角焊縫、對接焊縫和空

42、間曲線焊縫都能夠滿足手動調整和跟蹤的要求。通過基于立體視覺的遙控示教方法進行機器人軌跡規劃，最后，焊接實驗和焊縫跟蹤對人機界面的性能測試。1 焊接多模態人機交互界面設計1.1一般方案焊接遙控系統的實施是由接口在遠程站點的焊接機器人控制軟件，視頻顯示系統，視覺傳感系統，圖形仿真系統，手控制器和通信連接裝置組成。在立體圖像顯示系統中，為了保證兩幅具有視差的左右眼視圖是在同一時刻，對同一場景采集到的，要求用來采集現場環境信息的一對2D攝像機具有外同步觸發功能。具有該功能的攝像機每次采集一幀圖像時，都需要外部同步電平信號的觸發，否則處于等待狀態。通常的做法是用一路視頻信號作為外同步信號來觸發另一路攝像

43、機。在本系統中，利用左攝像機觸發右攝像機。具體做法是把從左攝像機采集到的視頻信號輸入到視頻分配器，在輸出端把一路視頻信號直接輸入到圖像采集卡，另選一路視頻信號作為觸發信號去觸發右眼攝像機。這樣，每當左攝像機采集一幀圖像，就觸發右攝像機同時采集，從而保證左右攝像機采集到的圖像是同時刻采集的。1.2焊接結構的多模態人機界面人機界面的功能結構包括以下五個模塊：參數設置，控制模式設置，手動控制輸入，系統狀態顯示和視頻顯示。根據不同的人機交互水平，焊接遙控分為手動控制、共同控制，交互控制，監督控制和自主控制在遙控焊接任務，控制策略可以看作是某種控制模式或幾個相結合的互動控制模式。在遠程焊接時，有效的控制

44、模式是手動控制，遠程和監督的基礎上控制圖形環境和自主控制。圖1中顯示主要界面，其中包括三個觀點：查看任務、控制期和視頻顯示，理想的控制模式和命令都可以通過鼠標選擇。手動控制可連續生成命令，許多對話和彈出式菜單可以援引相結合并利用所有功能。控制命令分別傳送到真正的機器人和傳感器系統圖形仿真系統。每個選定的模式調用一個彈出式菜單，可讓操作者修正參數和況人機合作，策劃開發了控制模式翻譯和命令解釋。當它作用時，用戶操作空間鼠標遙控鼠標的圖形環境。這個圖形環境得到機器人狀態信息和實時聯合值控制虛擬機器人。圖1主窗口焊接多模態人機界面2系統的物理結構在地方網站，物理結構由全景視頻監控，立體視頻顯示，圖形工

45、作站，監督的計算機和空間鼠標組成。在遠程站點，這些組件的激光視覺傳感器，數碼變焦的攝像頭，雙眼立體攝影機，機器人控制器和TIG焊槍。通信連接裝置是基于TCP/IP協議和客戶端/服務器網絡模型。在機器人控制器工程斷絕在監管系統上運行的操作系統是計算機運行系統運行SG1工作站的圖形系統。在六自由度和氬弧焊焊接機器人的焊接動議。3人機界面的實現3.1激光視覺傳感的遠程協助如果焊縫是不規則或間斷。激光視覺傳感不能用于自主控制。然而，提取的特征點可用于聯合激光視覺傳感器的遠程焊接路徑遠程包括三個階段：制定焊縫類型、掃描聯合剖面和處理信息、教學焊接路徑。在人機界面的教參數設置，如焊接速度，插值模式和弧線位

46、置，然后傳送的人機界面的聯合數據信號控制器。目前的位置和構成發送到人機界面，并將它記錄在一個文件中。最后，整個焊接路徑是下載到遠程控制器3.2共同控制共同控制意味著機器人自由度的自主控制系統，在該系統中，視覺傳感器的工程作為自主路徑規劃參加的焊槍位置與空間鼠標。人機界面進行共享控制由是自由度分區和自由度融合這兩種方法（1）自由度融合方法和是規模因素，是速度的手動控制，是驅動器載體的自主控制。（2）自由度分區方法是自由度組成部分手動控制命令；是自由度組成部分視覺傳感器自主命令；焊槍末端的驅動矩陣T可用得到。關節角度和在下次循環的機械臂伺服可以通過逆運動學解決。因此，驅動器載體的空間鼠標V和驅動器

47、載體D是相同的位置和焊槍的樣式。3.3虛擬環境的計劃和控制圖4顯示了進程螺旋焊縫跟蹤和遙控焊接現場，在虛擬環境中，各功能模塊可以觀察手動控制模塊通信模塊和虛擬環境標定模塊的研制焊接環境。這些觀點在焊接路徑規劃可以執行的研制焊接環境中也可以看到。因為這個錯誤的虛擬環境校準約2毫米。圖2虛擬環境的計劃和控制 圖3實驗過程4 試驗結果遙控焊接任務可分為若干子和不同的控制模式，用于執行特定的焊接，遠程操作簡便，并能彌補機械手的錯誤。當障礙存在，焊槍是調整共享控制。實驗提出馬蹄形曲線焊縫遠程協助激光視覺傳感器的表現，圖3顯示中工作過程，接頭工件的直徑是200毫米和100毫米，自動變焦數碼攝像機和2眼立體

48、視頻被用作視覺裝置，觀察環境和機器人運動。由人機界面之間的執行者，記錄特征點。焊接路徑文件發送到虛擬環境實時的人機界面。5 結論本文介紹的是先進的多模態焊接遙系統人機界面設計和實施。操作員參加了不同層次的控制系統與人機界面的相互作用，人機界面結合全球決策能力的執行者和焊接機器人系統的自主能力，由于非結構化環境的特殊性，焊接任務可由遠程監控基于虛擬環境和自主控制。實驗結果表明，人機界面可以有效顯示系統和環境的信息，它也增強了系統的性能和靈活性。外文資料翻譯2激光熔透焊接時工件上及焊縫內光致等離子體體的特性段愛琴，陳俐，鞏水利摘要：在此論文中，用一個高速攝像機和一個光學放射監視器來探究激光熔透焊接

49、不銹鋼時光致等離子體的特性。透過光致等離子體光學發散的結果顯示其存在兩個特有頻段，它們分別是100-500HZ和1500-3500HZ。與此同時，光致等離子體和熔池的不斷變化的圖像也顯示了其存在兩個不穩定的頻率段。其中一個不穩定的頻段顯示出焊縫內光致等離子體的特性，它處于167-500HZ之間，另一個不穩定的頻段則位于1500-3500HZ之間，這顯然是由保護氣體引起的。某些因素可能會導致焊縫等離子和保護氣體等離子之間頻率的差異，其中的一個原因就是焊縫內光致等離子體的壓力會慢慢地增長。關鍵詞：激光焊接，光致等離子體，焊縫，頻段0 序言如今，激光焊接 已經廣泛應用于許多領域，例如航空航天零部件的激光焊接 。然而，由于特殊的應用環境它需要更高的焊接質量。尤其是，保證長焊縫或復雜的部件的焊接質量被證明是很難的，因為